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某一篇文章中,有这样一道电学题“如图所示,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,两个电表的示数各怎样变化﹙假定电源电压不变﹚?”其题解过程如下:
分析 由电路图可知,灯泡L与滑动变阻器RW串联,电压表测得是滑动变阻器Rp两端的电压UP.当滑片P向右滑动时,电路中的总电阻R总(R总=RL Rp)再变大,由I=U总R总可知,电流表的示数I变小.如果仍根据UP=IRp直接讨论电压表的示数UP,就会无法求解了.因为电路中的电流I虽然在变小,但滑动变阻器连入电路中的电阻值Rp却变大了,故它两端的电压UP=IRp就无法确定了.这似乎面临着山穷水尽的绝境,但只要转换思维,根据UP=U总—UL就会出现柳暗花明的奇境,问题自然迎刃而解了.灯泡两端的电压UL=IRL(而RL一般视为不变),随电流的减小而变小,所以电压表的示数即UP当然变大.这样从侧面迂回解决了问题.这样的分析似乎合情合理,然而仔细琢磨一下,不难发现其中还是存在某些不足之处.
首先,文中“灯泡两端的电压UL=IRL(而RL一般视为不变),随电流的减小而变小,”,这一段分析中存在着“因果倒置”.不是灯泡两端的电压随电流的减小而变小,而是灯泡中的电流随灯泡两端的电压的减小而变小.电流不是形成电压的原因,电压才是形成电流的原因.所以文中应改成,“在灯丝电阻不变的情况下,从灯泡中电流的减小可以看出,是因为加在灯泡两端的电压在减小的缘故”.灯泡两端电压的减小,不是因为通过其中的电流在减小,而是串联电路中的电阻分布发生了改变,导致电路中电压的分布也发生了改变.在电源电压不变的情况下,串联电路中某段电路的电阻与电路的总电阻的比值在减小时,它两端分得的电压也在减小.
其次,灯泡的电阻不能视为不变.因为金属的电阻随温度升高而增大,灯泡发光时,灯丝温度很高,灯丝电阻比不发光时大得多.图中,当滑片P向右移时,灯泡亮度就会逐渐变暗甚至不发光,灯丝发光和不发光时温度差别很大,这么大的温度变化就不能不考虑灯丝电阻的变化了.我们要尊重客观事实,不能主观臆断.那么,当滑片P向右滑动时,由于﹙事实上,灯泡变暗﹚灯丝电阻减小,滑动变阻器的电阻增大,电路中的总电阻变大还是变小就不能确定了,因而导致灯泡中的电流﹙I=U总/R总﹚大小变化也就无法确定了.所以文中的这一转换思维也就无法实现.此时,我们不仿再用上述串联电路分压规律的方法去讨论,那问题也就迎刃而解了.如,当滑片P向右滑动时,灯丝电阻减小,滑动变阻器的电阻增大,滑动变阻器两端分得的电压即电压表示数也将增大.
上面的分析告诉我们,在物理教学中,要注重各物理量之间的因果关系,不能放过这一细节.如,在欧姆定律的探究活动中,探究的是通过导体的电流与电压、电阻的关系.电压、电阻是自变量,电流是因变量.也就是说,由于电压或电阻的变化才会引起电流的变化.
总之,我们在分析解决物理问题时,特别要注重物理过程的分析.不仅要探明事物的原由,而且还要考虑它的实际情况,在此基础上寻求一种合理、简捷的解决问题的方法.以上所述仅是笔者的一管之见,不当之处,敬请斧正.
分析 由电路图可知,灯泡L与滑动变阻器RW串联,电压表测得是滑动变阻器Rp两端的电压UP.当滑片P向右滑动时,电路中的总电阻R总(R总=RL Rp)再变大,由I=U总R总可知,电流表的示数I变小.如果仍根据UP=IRp直接讨论电压表的示数UP,就会无法求解了.因为电路中的电流I虽然在变小,但滑动变阻器连入电路中的电阻值Rp却变大了,故它两端的电压UP=IRp就无法确定了.这似乎面临着山穷水尽的绝境,但只要转换思维,根据UP=U总—UL就会出现柳暗花明的奇境,问题自然迎刃而解了.灯泡两端的电压UL=IRL(而RL一般视为不变),随电流的减小而变小,所以电压表的示数即UP当然变大.这样从侧面迂回解决了问题.这样的分析似乎合情合理,然而仔细琢磨一下,不难发现其中还是存在某些不足之处.
首先,文中“灯泡两端的电压UL=IRL(而RL一般视为不变),随电流的减小而变小,”,这一段分析中存在着“因果倒置”.不是灯泡两端的电压随电流的减小而变小,而是灯泡中的电流随灯泡两端的电压的减小而变小.电流不是形成电压的原因,电压才是形成电流的原因.所以文中应改成,“在灯丝电阻不变的情况下,从灯泡中电流的减小可以看出,是因为加在灯泡两端的电压在减小的缘故”.灯泡两端电压的减小,不是因为通过其中的电流在减小,而是串联电路中的电阻分布发生了改变,导致电路中电压的分布也发生了改变.在电源电压不变的情况下,串联电路中某段电路的电阻与电路的总电阻的比值在减小时,它两端分得的电压也在减小.
其次,灯泡的电阻不能视为不变.因为金属的电阻随温度升高而增大,灯泡发光时,灯丝温度很高,灯丝电阻比不发光时大得多.图中,当滑片P向右移时,灯泡亮度就会逐渐变暗甚至不发光,灯丝发光和不发光时温度差别很大,这么大的温度变化就不能不考虑灯丝电阻的变化了.我们要尊重客观事实,不能主观臆断.那么,当滑片P向右滑动时,由于﹙事实上,灯泡变暗﹚灯丝电阻减小,滑动变阻器的电阻增大,电路中的总电阻变大还是变小就不能确定了,因而导致灯泡中的电流﹙I=U总/R总﹚大小变化也就无法确定了.所以文中的这一转换思维也就无法实现.此时,我们不仿再用上述串联电路分压规律的方法去讨论,那问题也就迎刃而解了.如,当滑片P向右滑动时,灯丝电阻减小,滑动变阻器的电阻增大,滑动变阻器两端分得的电压即电压表示数也将增大.
上面的分析告诉我们,在物理教学中,要注重各物理量之间的因果关系,不能放过这一细节.如,在欧姆定律的探究活动中,探究的是通过导体的电流与电压、电阻的关系.电压、电阻是自变量,电流是因变量.也就是说,由于电压或电阻的变化才会引起电流的变化.
总之,我们在分析解决物理问题时,特别要注重物理过程的分析.不仅要探明事物的原由,而且还要考虑它的实际情况,在此基础上寻求一种合理、简捷的解决问题的方法.以上所述仅是笔者的一管之见,不当之处,敬请斧正.